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拓扑缺陷，作为一种具有拓扑保护的微结构，是研究体系对称性与序参量演变的重要载体。在铁电领域，拓扑畴/畴壁结构展现出新奇物理现象，形成了稳定的荷电畴壁，展现出半波整流效应、高频交流导电特性等潜在应用前景，在多态存储器和纳米电子器件中具有潜在的应用价值。因此，对拓扑铁电涡旋畴的空间有序度进行有效操控至关重要。然而，由于该类型铁电畴结构受到拓扑保护作用，通过电场、温度场等手段难以实现对涡旋畴的精确调控。
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北京理工大学王学云、洪家旺团队，建立了一种残余应力的力学调控策略，针对拓扑铁电畴结构，通过纳米压痕引入应力与晶格相互作用的马格努斯力，使铁电单晶中的涡旋畴呈现六重对称的分布。进而拓展压痕至划痕，通过纳米划痕将随机分布的涡旋畴调控成大面积（50 μm ✖ 500 μm）、高密度（周期 400 nm）、单一手性平行条纹畴，解决了受拓扑保护的铁电畴难以在室温局域精准调控的难题，为其他铁电、铁磁和铁弹等铁性材料的畴调控及应用提供新思路。相关研究成果以“Mechanical Manipulation for Ordered Topological Defects”为题发表在国际权威期刊Science Advances期刊上。北京理工大学王学云长聘副教授和洪家旺教授为该论文的通讯作者，北京理工大学博士研究生高子岩为该论文的第一作者，论文的合作单位还包括北京大学、清华大学、北京工业大学、中科院半导体所。
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图1. LuMnO3单晶（001）面的纳米压痕调控形成的涡旋畴对称分布。（A）随机分布的拓扑铁电畴和涡旋-反涡旋对。（B）有限元模拟的纳米压痕引入的应变分布（C）-（D）分别是Berkovich压头和球形压头产生的六重对称分布涡旋畴光学显微镜照片（E）-（F）分别是相场模拟的Berkovich压头和球形压头产生的六重对称分布涡旋畴结果（G）-（H）分别是相场模拟的压坑周围马格努斯力分布图和第一象限放大图。
图2. 六重对称分布涡旋畴的形成和演化。（A）马格努斯力作用下的涡旋和反涡旋中心移动的示意图（B）-（C）相场模拟的不同演化时间时的六重对称分布涡旋畴（D）-（E）分别是图B和图C中黑色方框处的放大图（F）有限元模拟的压坑周围马格努斯力的分布图。
图3. 纳米划痕调控形成的高密度条纹畴。（A）-（C）分别是纳米划痕的起点和终点处的涡旋畴分布光学显微镜照片，以及纳米划痕产生的示意图（D）纳米划痕调控形成的高密度条纹畴（E）LuMnO3单晶（001）面产生的反平行双划痕（F）-（I）分别是反平行双划痕调控形成的高密度条纹畴和局部放大图（J）图H的快速傅立叶变换图。
图4. 纳米划痕引入的应变（A）纳米划痕附近不同位置处的退火前和退火后的A1模态Raman峰位置变化图（B）-（C）分别是LuMnO3单晶（001）面划痕附近13个不同位置的Raman光谱图和A1模态局部放大图。（D）LuMnO3单晶划痕断面（ac面）的高角环形暗场HAADF-TEM原子分布图（E）根据Lu原子位置偏移计算的ezz应变分布图（插图为沿黑色箭头方向的应变变化图）。
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王学云，北京理工大学长聘副教授，博士生导师。美国Rutgers, the State University of New Jersey获得物理学博士学位。主要从事铁电压电，二维材料功能性畴结构的形成演化机制、多场（力，热，电，磁，化学势等）耦合调控机理与潜在应用的研究。发表SCI论文110余篇，包含Science, Nature, Nature Physics, Nature Materials, Physical Review Letters等。引用3600余次，h-index 29。主持国家自然科学基金三项，参与科技部重点研发青年项目等。担任Journal of Advanced Dielectrics期刊青年编委，并获"卓越青年编委"。获2023年Symmetry青年科学家奖，2023年中国十大科技新锐闪耀潜力奖等。
高子岩，博士，2023年毕业于北京理工大学宇航学院力学系，现为北京大学材料科学与工程学院博士后，主要从事铁电材料性质的多场耦合力学调控和压电超材料研究。以第一/共一作者在Science Advances、Journal of Alloys and Compounds、Materials Today Physics、Applied Physics Letters、Ceramics International等国际期刊发表学术论文8篇，国家授权发明专利4项，获选2023年度国家资助博士后研究人员计划，曾获北京理工大学优秀毕业生、北京理工大学优秀学生干部等荣誉称号。
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https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi5894
